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傳感器的靈敏度與測量范圍
傳感器的靈敏度與測量范圍
傳感器的靈敏度是傳感器的最基本目標(biāo)之一。靈敏度的巨細(xì)直接影響到傳感器對振蕩信號的丈量。不難理解，傳感器的靈敏度應(yīng)根據(jù)被測振蕩量（加速度值）巨細(xì)而定，但由于壓電加速度傳感器是丈量振蕩的加速度值，而在相同的位移幅值條件下加速度值與信號的頻率平方成正比，所以不同頻段的加速度信號巨細(xì)相差甚大。大型結(jié)構(gòu)的低頻振蕩其振蕩量的加速度值可能會相當(dāng)小，例如當(dāng)振蕩位移為 1mm, 頻率為1 Hz 的信號其加速度值僅為0.04m/s2(0.004g)；然而對高頻振蕩當(dāng)位移為0.1mm，頻率為10 kHz的信號其加速度值可達(dá)4 x 10 5m/s2 (40000g)。因而雖然壓電式加速度傳感器具有較大的丈量量程規(guī)模，但對用于丈量凹凸兩端頻率的振蕩信號，挑選加速度傳感器靈敏度時(shí)應(yīng)對信號有充分的估計(jì)。最常用的振蕩丈量壓電式加速度計(jì)靈敏度，電壓輸出型（IEPE 型）為50~100 mV/g，電荷輸出型為10 ~ 50 pC/g。
加速度值傳感器的丈量量程規(guī)模是指傳感器在一定的非線性差錯(cuò)規(guī)模內(nèi)所能丈量的最大丈量值。通用型壓電加速度傳感器的非線性差錯(cuò)大多為1%。作為一般原則，靈敏度越高其丈量規(guī)模越小，反之靈敏度越小則丈量規(guī)模越大。
IEPE電壓輸出型壓電加速度傳感器的丈量規(guī)模是由在線性差錯(cuò)規(guī)模內(nèi)所允許的最大輸出信號電壓所決定，最大輸出電壓量值一般都為±5V。經(jīng)過換算就可得到傳感器的最大量程，即等于最大輸出電壓與靈敏度的比值。需求指出的是IEPE壓電傳感器的量程除受非線性差錯(cuò)巨細(xì)影響外，還受到供電電壓和傳感器偏置電壓的制約。當(dāng)供電電壓與偏置電壓的差值小于傳感器技術(shù)目標(biāo)給出的量程電壓時(shí)，傳感器的最大輸出信號就會發(fā)生畸變。因而IEPE 型加速度傳感器的偏置電壓穩(wěn)定與否不僅影響到低頻丈量也可能會使信號失真；這種現(xiàn)象在凹凸溫丈量時(shí)需求特別注意，當(dāng)傳感器的內(nèi)置電路在非室溫條件下不穩(wěn)守時(shí)，傳感器的偏置電壓很可能不斷緩慢地漂移而形成丈量信號忽大忽小。
而電荷輸出型丈量規(guī)模則受傳感器機(jī)械剛度的制約，在同樣的條件下傳感靈敏芯體受機(jī)械彈性區(qū)間非線性制約的最大信號輸出要比IEPE型傳感器的量程大得多，其值大多需經(jīng)過實(shí)驗(yàn)來斷定。一般情況下當(dāng)傳感器靈敏度高，其靈敏芯體的質(zhì)量塊也就較大，傳感器的量程就相對較小。一起因質(zhì)量塊較大其諧振頻率就偏低這樣就較容易激發(fā)傳感器靈敏芯體的諧振信號，成果使諧振波疊加在被測信號上形成信號失真輸出。因而在最大丈量規(guī)模挑選時(shí)，也要考慮被測信號頻率組成以及傳感器自身的自振諧振頻率，防止傳感器的諧振分量發(fā)生。一起在量程上應(yīng)有足夠的安全空間以保證信號不發(fā)生失真。
加速度傳感器靈敏度的標(biāo)定方法一般采用比較法檢定，被校傳感器在特定頻率（一般為159 Hz 或80 Hz）振蕩的輸出與標(biāo)準(zhǔn)傳感器讀得加速度值的比即為傳感器靈敏度。而對沖擊傳感器的靈敏度則經(jīng)過丈量被校傳感器對一系列不同沖擊加速度值的輸出響應(yīng)，獲得傳感器在其丈量規(guī)模內(nèi)輸入沖擊加速度值和電輸出之間的對應(yīng)關(guān)系，再經(jīng)過數(shù)值核算獲得與各點(diǎn)之間差值最小的直線，而這直線的斜率便是傳感器的沖擊靈敏度。
沖擊傳感器的非線性差錯(cuò)可以有兩種方法表明：全量程誤差或按分段量程的線性差錯(cuò)。前者是指傳感器的全量程輸出為基準(zhǔn)的差錯(cuò)百分?jǐn)?shù)，即無論丈量值得巨細(xì)其差錯(cuò)均為按全量程百分?jǐn)?shù)核算而得的差錯(cuò)值。按分段量程的線性差錯(cuò)其核算方法與全量程誤差相同，但基準(zhǔn)不用全量程而是以分段量程來核算差錯(cuò)值。例如量程為20000g 的傳感器，如全量程誤差為1% ，其線性差錯(cuò)在全量程內(nèi)為200g；但當(dāng)傳感器按分段量程5000g ，10000g ，20000g 來衡量其線性差錯(cuò)，其差錯(cuò)仍為1% 時(shí)，則傳感器在不同的3個(gè)量程段內(nèi)線性差錯(cuò)則分別為50g ，100g ，200g。
傳感器的靈敏度是傳感器的最基本目標(biāo)之一。靈敏度的巨細(xì)直接影響到傳感器對振蕩信號的丈量。不難理解，傳感器的靈敏度應(yīng)根據(jù)被測振蕩量（加速度值）巨細(xì)而定，但由于壓電加速度傳感器是丈量振蕩的加速度值，而在相同的位移幅值條件下加速度值與信號的頻率平方成正比，所以不同頻段的加速度信號巨細(xì)相差甚大。大型結(jié)構(gòu)的低頻振蕩其振蕩量的加速度值可能會相當(dāng)小，例如當(dāng)振蕩位移為 1mm, 頻率為1 Hz 的信號其加速度值僅為0.04m/s2(0.004g)；然而對高頻振蕩當(dāng)位移為0.1mm，頻率為10 kHz的信號其加速度值可達(dá)4 x 10 5m/s2 (40000g)。因而雖然壓電式加速度傳感器具有較大的丈量量程規(guī)模，但對用于丈量凹凸兩端頻率的振蕩信號，挑選加速度傳感器靈敏度時(shí)應(yīng)對信號有充分的估計(jì)。最常用的振蕩丈量壓電式加速度計(jì)靈敏度，電壓輸出型（IEPE 型）為50~100 mV/g，電荷輸出型為10 ~ 50 pC/g。
加速度值傳感器的丈量量程規(guī)模是指傳感器在一定的非線性差錯(cuò)規(guī)模內(nèi)所能丈量的最大丈量值。通用型壓電加速度傳感器的非線性差錯(cuò)大多為1%。作為一般原則，靈敏度越高其丈量規(guī)模越小，反之靈敏度越小則丈量規(guī)模越大。
IEPE電壓輸出型壓電加速度傳感器的丈量規(guī)模是由在線性差錯(cuò)規(guī)模內(nèi)所允許的最大輸出信號電壓所決定，最大輸出電壓量值一般都為±5V。經(jīng)過換算就可得到傳感器的最大量程，即等于最大輸出電壓與靈敏度的比值。需求指出的是IEPE壓電傳感器的量程除受非線性差錯(cuò)巨細(xì)影響外，還受到供電電壓和傳感器偏置電壓的制約。當(dāng)供電電壓與偏置電壓的差值小于傳感器技術(shù)目標(biāo)給出的量程電壓時(shí)，傳感器的最大輸出信號就會發(fā)生畸變。因而IEPE 型加速度傳感器的偏置電壓穩(wěn)定與否不僅影響到低頻丈量也可能會使信號失真；這種現(xiàn)象在凹凸溫丈量時(shí)需求特別注意，當(dāng)傳感器的內(nèi)置電路在非室溫條件下不穩(wěn)守時(shí)，傳感器的偏置電壓很可能不斷緩慢地漂移而形成丈量信號忽大忽小。
而電荷輸出型丈量規(guī)模則受傳感器機(jī)械剛度的制約，在同樣的條件下傳感靈敏芯體受機(jī)械彈性區(qū)間非線性制約的最大信號輸出要比IEPE型傳感器的量程大得多，其值大多需經(jīng)過實(shí)驗(yàn)來斷定。一般情況下當(dāng)傳感器靈敏度高，其靈敏芯體的質(zhì)量塊也就較大，傳感器的量程就相對較小。一起因質(zhì)量塊較大其諧振頻率就偏低這樣就較容易激發(fā)傳感器靈敏芯體的諧振信號，成果使諧振波疊加在被測信號上形成信號失真輸出。因而在最大丈量規(guī)模挑選時(shí)，也要考慮被測信號頻率組成以及傳感器自身的自振諧振頻率，防止傳感器的諧振分量發(fā)生。一起在量程上應(yīng)有足夠的安全空間以保證信號不發(fā)生失真。
加速度傳感器靈敏度的標(biāo)定方法一般采用比較法檢定，被校傳感器在特定頻率（一般為159 Hz 或80 Hz）振蕩的輸出與標(biāo)準(zhǔn)傳感器讀得加速度值的比即為傳感器靈敏度。而對沖擊傳感器的靈敏度則經(jīng)過丈量被校傳感器對一系列不同沖擊加速度值的輸出響應(yīng)，獲得傳感器在其丈量規(guī)模內(nèi)輸入沖擊加速度值和電輸出之間的對應(yīng)關(guān)系，再經(jīng)過數(shù)值核算獲得與各點(diǎn)之間差值最小的直線，而這直線的斜率便是傳感器的沖擊靈敏度。
沖擊傳感器的非線性差錯(cuò)可以有兩種方法表明：全量程誤差或按分段量程的線性差錯(cuò)。前者是指傳感器的全量程輸出為基準(zhǔn)的差錯(cuò)百分?jǐn)?shù)，即無論丈量值得巨細(xì)其差錯(cuò)均為按全量程百分?jǐn)?shù)核算而得的差錯(cuò)值。按分段量程的線性差錯(cuò)其核算方法與全量程誤差相同，但基準(zhǔn)不用全量程而是以分段量程來核算差錯(cuò)值。例如量程為20000g 的傳感器，如全量程誤差為1% ，其線性差錯(cuò)在全量程內(nèi)為200g；但當(dāng)傳感器按分段量程5000g ，10000g ，20000g 來衡量其線性差錯(cuò)，其差錯(cuò)仍為1% 時(shí)，則傳感器在不同的3個(gè)量程段內(nèi)線性差錯(cuò)則分別為50g ，100g ，200g。
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